Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine zum spitzenlosen Schleifen, bei welcher Werkstücke im Durchlaufverfahren geschliffen werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schleifmaschine.

Die WO 2018/162002 A1 offenbart eine Beladungseinrichtung für eine Einstechschleifmaschine zum spitzenlosen Außenrundschleifen sowie ein Verfahren zum spitzenlosen Außenrundschleifen. Die Einstechschleifmaschine ist zur Bearbeitung von Rohwerkstücken, welche zwischen einer Schleifscheibe und einer Regelscheibe geführt werden, vorgesehen.

Eine in der DE 1 402 590 B beschriebene spitzenlose Schleifmaschine umfasst eine Schleifscheibe und eine im entgegengesetzten Sinn umlaufende Regelscheibe, die gegeneinander verschiebbar sind. Ferner umfasst die spitzenlose Schleifmaschine nach der DE 1 402 590 B eine schrittweise drehbare Werkstückträgerscheibe, die die Werkstücke von einer Aufgabestation zur Schleifstelle zwischen Schleif- und Regelscheibe und von dort zu einer Ausgabestation transportiert.

Die DE 860 468 B offenbart eine Einrichtung zum Spitzenlosschleifen zylindrischer Flächen, wobei davon ausgegangen wird, dass sich für das Außenschleifen eine Anordnung bewährt hat, bei welcher das Werkstück während der Schleifbearbeitung durch eine antreibende Regelscheibe und ein Stützlineal geführt wird, welches prinzipiell durch eine Stützrolle ersetzbar ist.

Bearbeitungsvorgänge an verschiedensten Arten von Maschinen können unter anderem durch die Erfassung akustischer Signale überwacht werden. Beispielsweise umfasst eine in der CH 702 248 A1 beschriebene Oberflächenbearbeitungsvorrichtung, welche mit tellerförmigen Schleifwerkzeugen arbeitet, einen Sensor zur Erfassung von Geräuschen. Durch die Geräuscherfassung soll im Fall der CH 702 248 A1 die Position eines Spindelhalters im Moment des Berührens des Werkstücks durch das Schleifwerkzeug festgestellt werden. Dies soll Informationen über die Eintauchtiefe des Schleifwerkzeugs liefern.

Weitere Schleifvorrichtungen, welche mit akustischen Sensoren kombiniert sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten CN 2928386 Y und CN 105215852 B beschrieben.

Im Rahmen eines in der DD 263 489 A1 offenbarten Verfahrens zur Werkzeugverschleißerkennung beim Rundschleifen ist die Erfassung von Körperschall in der Nähe einer Spannungsstelle vorgesehen. Die zur Verschleißerkennung eingesetzte Signalverarbeitung bezieht sich insbesondere auf Signale mit Frequenzen unterhalb von 1 kHz. Eine weitere Schleifvorrichtung mit einem Körperschallsensor ist zum Beispiel in der DE 10 2007 063 200 A1 beschrieben.

Ein Verfahren zum Überwachen des Verschleißzustandes von Schleifscheiben ist auch in der DE 41 06 053 A1 beschrieben. In diesem Fall werden sowohl beim Schleifen entstehende Geräusche als auch die Leistung eines Antriebsmotors erfasst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelte, besonders nutzerfreundliche Methoden der akustischen Überwachung von Schleifvorgängen beim spitzenlosen Außenrundschleifen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine zum spitzenlosen Schleifen ausgebildete Schleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Schleifmaschine gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten auch für die Vorrichtung, das heißt die Spitzenlosschleifmaschine, und umgekehrt. Komponenten der Schleifmaschine sind eine Schleifscheibe und eine Regelscheibe, wobei zwischen diesen Scheiben in an sich bekannter Weise ein Schleifspalt gebildet ist. Ferner umfasst die Schleifmaschine eine unterhalb des Schleifspaltes befindliche Werkstückstützanordnung und eine auf den Werkstücken aufliegende Werkstückdeckschiene. Mehrere Körperschallaufnehmer, beispielsweise mindestens sechs Stück, insbesondere acht Stück oder mehr, sind über die Länge der Werkstückdeckschiene verteilt angeordnet und datentechnisch mit einer Anzeigevorrichtung verknüpft, welche zur Anzeige von mit den einzelnen Körperschallaufnehmern gewonnenen Informationen in einer Anordnung, welche die gegebene, lineare Anordnung der Körperschallaufnehmer abbildet, ausgebildet ist.

Durch die Platzierung der Informationen, welche mittels der Körperschallaufnehmer gewonnen wurden, in einem Muster, welches dem Muster der Anordnung der Körperschallaufnehmer in der Schleifmaschine entspricht, ist eine besonders einfache, intuitive Erfassung der Informationen durch das Bedienpersonal möglich.

Allgemein wird beim Betrieb der Schleifmaschine eine Vielzahl an Werkstücken durch einen zwischen einer Schleifscheibe und einer Regelscheibe gebildeten Schleifspalt gefördert, wobei während des Schleifens an mehreren, zusammen eine Reihe bildenden Stellen längs des Schleifspaltes akustische Signale aufgenommen und zu optischen Signalen umgesetzt werden, deren Anordnung die Reihung der genannten Stellen, das heißt Detektionsstellen, wiedergibt. Auf diese Weise findet eine Visualisierung des Schleifspaltes beim spitzenlosen Außendurchmesserschleifen statt.

Um die akustische Detektionsvorrichtung, welchen die auch als Hydrophone bezeichneten Körperschallaufnehmer zuzurechnen sind, einzustellen, können vor der Bearbeitung serienmäßig herzustellender Teile zunächst Referenzteile möglichst genau bekannter Zusammensetzung und Geometrie bearbeitet werden, wobei bei dieser Referenzbearbeitung Schwingungssignale generiert werden, die an den zusammen eine Reihe bildenden Detektionsstellen aufgenommen, als Referenzsignale erfasst und zumindest indirekt, insbesondere in digitalisierter Form, gespeichert werden.

Nach dem Abschluss der Referenzbearbeitung kann mit der Bearbeitung serienmäßig herzustellender Teile begonnen werden, wobei die Geometrie der im bestimmungsgemäßen Betrieb zu bearbeitenden Werkstücken, das heißt Serienteile, zumindest näherungsweise der Geometrie der Referenzteile entsprechen sollte. Bereits im Zuge des Schleifens der Referenzteile wurden aufgenommene akustische Signale einer Fourier-Transformation unterzogen, womit Soll-Frequenzen gewonnen wurden. In entsprechender Weise werden auch bei der Produktion der Serienteile die aufgenommenen akustischen Signale einer Fourier-Transformation unterzogen, wobei sich in diesem Fall Ist-Frequenzen als Ergebnis ermitteln lassen. Der Vergleich der Ist- Frequenzen mit den Soll-Frequenzen ist schließlich graphisch in Form einer Anzeigematrix darstellbar. Hierin zeigt die horizontale Achse die Reihung der Körperschallaufnehmer längs der Werkstückdeckschiene an, während auf der vertikalen Achse Abweichungen zwischen Soll-Frequenzen und Ist-Frequenzen für die einzelnen Körperschallaufnehmer angezeigt werden.

Die Körperschallaufnehmer können unmittelbar an der Werkstückdeckschiene angebracht sein. Hierbei sind beispielsweise fünf oder mehr Körperschallaufnehmer in einer einzigen Reihe angeordnet. Statt einer Anzahl an Körperschallaufnehmern kann auch eine sonstige Methode zur Erfassung von Schwingungssignalen, beispielsweise eine Laser-gestützte Methode, angewandt werden. Unabhängig von der genauen Anordnung und Art der Körperschallaufnehmer ist eine zur Frequenzbestimmung vorgesehene, das heißt eine Fourier-Transformation durchführende, Signalverarbeitungseinheit an die Sensorik anschließbar, wobei jedem Körperschallaufnehmer eine gesonderte Signalverarbeitungseinheit zugeordnet sein kann. Ebenso kann eine gemeinsame Signalverarbeitungseinheit für sämtliche Körperschallaufnehmer oder eine sonstige Schwingungs-Sensorik vorgesehen sein.

Zur Durchführung von Vergleichen zwischen den im bestimmungsgemäßen Betrieb ermittelten Ist-Frequenzen einerseits und den vorab ermittelten Soll-Frequenzen an- dererseits ist eine Datenverarbeitungseinheit geeignet, welche entweder als gesonderte Einheit oder als integraler Bestandteil der Signalverarbeitungseinheit realisiert sein kann.

Die auszugebenden, mittels der Datenverarbeitungseinheit gewonnenen Informationen sind auf einer Anzeigeeinheit darstellbar, welche beispielsweise eine Mehrzahl an Anzeigespalten aufweist, die jeweils einem Körperschallaufnehmer zugeordnet sind. In jeder Anzeigespalte signalisiert beispielsweise ein mittiger Anzeigepunkt eine vollständige Übereinstimmung zwischen Soll-Frequenz und Ist-Frequenz. Bei Überschreitung der Soll-Frequenz wandert die Anzeige nach oben, bei Unterschreitung nach unten. Hierbei wird lediglich diejenige Frequenz betrachtet, bei welcher das Körperschallsignal am stärksten ist. In verfeinerter Ausführung sind auch komplexere Soll- und Ist-Signale vergleichbar. Hierbei liegt jedes Signal in Form einer Signal-Musters vor, wobei Soll- und Ist-Muster insbesondere mit Mitteln der künstlichen Intelligenz vergleichbar sind. Auch in einem komplexeren Fall der Signalauswertung kann der Grad der Abweichung zwischen einem Soll-Signal und einem Ist-Signal auf übersichtliche Weise graphisch dargestellt werden.

Zu Kalibrierungszwecken kann jedem einzelnen Körperschallaufnehmer ein gesondertes Einstellelement zugeordnet sein. Die Einstellelemente sind zur Festlegung der Anzeigepositionen der Sollfrequenzen vorgesehen und können in jeweils in Verlängerung der zugehörigen Anzeigespalte befinden. Insgesamt sind die Einstellelemente in einer Reihung angeordnet, die die in der Schleifmaschine gegebene Reihung der Körperschallaufnehmer abbildet.

Die Zuordnung der Einstellelemente, beispielsweise in Form von Drehknöpfen oder Bedienfeldern einer berührungsempfindlichen Oberfläche, zu den einzelnen Körper- schallaufnehmern ist durch die Anordnung eines jeden Einstellelementes direkt unterhalb oder oberhalb einer Anzeigespalte, welche einen Körperschallaufnehmer repräsentiert, selbsterklärend. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise grob schematisiert:

Fig. 1 eine Schleifmaschine zum spitzenlosen Schleifen in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 Komponenten der Schleifmaschine in stirnseitiger Ansicht,

Fig. 3 ein mit einem Sensor der Schleifmaschine aufgenommenes, idealisiertes Körperschallsignal,

Fig. 4 die Fourier-Transform ierte des Signals nach Fig. 3,

Fig. 5 das Frequenzspektrum eines realistischeren Signals, welches durch einen akustischen Sensor der Schleifmaschine aufgenommen wurde,

Fig. 6 einen Vergleich zwischen einer Soll-Frequenz und an verschiedenen Stellen der Schleifmaschine gemessenen Ist-Frequenzen.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Schleifmaschine umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine Schleifscheibe 2 und eine Regelscheibe 3, zwischen welchen ein Schleifspalt 4 gebildet ist. Werkstücke 5 werden im spitzenlosen Durchlaufverfahren geschliffen und befinden sich während des Schleifens auf einer insgesamt mit 6 bezeichneten Werkstückstützanordnung. Die Werkstückstützanordnung umfasst eine höhenverstellbare Auflageschiene 7 und schwenkbare Führungsbacken 8. Der Höhenverstellmechanismus der Auflageschiene 7 ist mit 13, der Schwenkmechanismus der Führungsbacken 8 mit 11 bezeichnet. Ferner existiert eine Werkstückdeckschiene 9, welche auf den Werkstücken 5 aufliegt. Der Schleifmaschine 1 ist weiter eine Auswertevorrichtung 10 zuzurechnen, die zur Überwachung des Schleifvorgangs per Körperschallmessung ausgebildet ist. Die Auswertevorrichtung 10 arbeitet mit mehreren Körperschallaufnehmern 14, im skizzierten Fall acht Stück, welche sich an der Werkstückdeckschiene 9 befinden. Durch die Körperschallaufnehmer 14 sind acht Detektionsstellen 15 gebildet, die gleichmäßig über die Länge der Werkstückdeckschiene 9 verteilt sind. Insgesamt ist damit eine Reihe 16 an Detektionsstellen 15 gebildet, welche sich in Längsrichtung der Schleifmaschine 1 , das heißt in Förderrichtung der Werkstücke 5 und damit in Axialrichtung der Rotationsachsen von Schleifscheibe 2 und Regelscheibe 3, erstreckt.

Zusätzlich zu den Körperschallaufnehmern 14 umfasst die Auswertevorrichtung 10 Signalverarbeitungseinheiten 17, wobei Leitungen von den Körperschallaufnehmern 14 zu den Signalverarbeitungseinheiten 17 ebenso wie weitere Leitungen innerhalb der Auswertevorrichtung 10 mit 18 bezeichnet sind. Im skizzierten Ausführungsbeispiel ist jedem Körperschallaufnehmer 14 eine gesonderte Signalverarbeitungseinheit 17 zugeordnet, wobei sämtliche Signalverarbeitungseinheiten 17 an eine Datenverarbeitungseinheit 19 angeschlossen sind. Möglich sind auch drahtlose Signalübermittlungen innerhalb der Auswertevorrichtung 10, insbesondere die drahtlose Übermittlung digitalisierter Signale. Im vorliegenden Fall werden mittels der Signalverarbeitungseinheiten 17 die von den Körperschallaufnehmern 14 aufgenommenen Körperschallsignale KS digitalisiert. In Fig. 3 ist ein idealisiertes Körperschallsignal KSi in Form einer Sinuskurve zu sehen. Allgemein werden die Körperschallsignale mit KS bezeichnet. Die Amplitude der Körperschallsignale KS, KSi ist mit A bezeichnet.

Die Datenverarbeitungseinheit 19 generiert aus den Körperschallsignalen KS, welche von den einzelnen Körperschallaufnehmern 14 geliefert werden, mittels Fourier- Transformation ein Frequenzspektrum der entsprechenden Signale. In Fig. 4 ist das Fourier-transformierte Körperschallsignal KSFi zu sehen, welches sich auf die Signalform nach Fig. 3 bezieht.

Realistischerweise enthält jedes Körperschallsignal KS Signalkomponenten bei verschiedenen Frequenzen. Ein denkbares, im Vergleich zum idealisierten Szenario nach den Figuren 3 und 4 realistischeres Körperschallsignal KSFr ist in Fig. 5 skizziert. Optional wird das Körperschallsignal KSFr in der Datenverarbeitungseinheit 19 einer Filterung, insbesondere einer Tiefpass-Filterung, unterzogen. Für die weitere Datenverarbeitung wird den Körperschallsignalen KSFr, welche an den insgesamt acht Detektionsstellen 15 aufgenommen wurden, jeweils eine Frequenz F1 , F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 zugeordnet. Hierbei steht F1 für die Frequenz an der ersten Detektionsstelle 15, F2 für die Frequenz an der nächsten, benachbarten Detektionsstelle 15, und so weiter. Die verschiedenen Frequenzen F1 , F2, ... F8 können beim Betrieb der Schleifmaschine 1 signifikant voneinander abweichen.

Um die Auswertevorrichtung 10 zu kalibrieren, wird die Schleifmaschine 1 zunächst testweise mit geometrischen nahezu idealen Werkstücken 5 in Gang gesetzt. Beim Kalibrierbetrieb wird eine Soll-Frequenz FS ermittelt, welche in Fig. 6 gestrichelt einzeichnet ist. Die Soll-Frequenz FS liegt innerhalb eines Frequenzbereiches FB, welcher nicht notwendigerweise für sämtliche Detektionsstellen 15 identisch ist. Nach Abschluss des Kalibrierbetriebs wird die Schleifmaschine 1 mit serienmäßig zu bearbeitenden, das heißt rotationssymmetrischen, an ihrem Außendurchmesser zu schleifenden, Werkstücken 5 betrieben. Die hierbei ermittelten Ist-Frequenzen F1 , F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 werden mit der Sollfrequenz FS verglichen, wie in Fig. 6 visualisiert ist, wobei es SQ für die Signalqualität steht und im einfachsten Fall lediglich die Werte Null und Eins annehmen kann.

Das Ergebnis des mittels der Datenverarbeitungseinheit 19 vorgenommenen Vergleiches wird auf einer Anzeigeeinheit 20 dargestellt, die typischerweise an der Schleifmaschine 1 oder in deren Nähe platziert ist. Auf der Anzeigeeinheit 20 sind im vorliegenden Fall acht Anzeigespalten 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 erkennbar, welche die Positionen der einzelnen Detektionsstellen 15 repräsentieren. In jeder Anzeigespalte 21 , 22, ... 28 wird die Einhaltung, Überschreitung oder Unterschreitung der Soll- Frequenz FS an der zugeordneten Detektionsstelle 15 angezeigt. Anzeigefelder 22, welche eine insgesamt durch die Spalten 21 , 22, ... 28 gebildete Anzeigematrix 33 in Form einer horizontalen Linie, die als Nulllinie interpretierbar ist, durchziehen, zeigen die Einhaltung des zulässigen Frequenzbereichs FB an. Wird dagegen eine Frequenz F1 , F2, ... F8 gemessen, welche höher als die zugeordnete Soll-Frequenz FS ist, so stehen für die grafische Darstellung Anzeigefelder 30 zur Verfügung, welche sich oberhalb der Anzeigefelder 29 befinden. Im umgekehrten Fall, das heißt bei llnter- schreitung der Soll-Frequenz FS, wird ein grafisches Signal auf einem der Anzeigefelder 31 ausgegeben, welches sich unterhalb der Anzeigefelder 29 befinden.

Die Soll-Frequenzen FS brauchen bei Inbetriebnahme der Auswertevorrichtung 10 nicht bekannt zu sein. Ausreichend ist vielmehr die Information, dass bei der Bearbeitung von als Referenzteilen verwendeten Werkstücken 5 mit der intakten Schleifmaschine 1 unverfälschte Körperschallsignale KS emittiert werden. Die Frequenzen dieser unverfälschten Körperschallsignale stellen die Soll-Frequenzen FS dar und werden mit Hilfe von Einstellelementen 32, die sich unterhalb der Spalten 21 bis 28 befinden, auf die Höhe der Anzeigefelder 29, das heißt auf mittige Höhe, eingestellt.

Verlassen Körperschallsignale KSFr im Serienbetrieb die Anzeigefelder 29, so ist dies sofort dahingehend interpretierbar, dass eine Abweichung vom vorgesehenen Betrieb vorliegt. Gründe für eine solche Abweichung können beispielsweise in der Beschaffenheit der Schleifscheibe 2 und/oder der Werkstücke 5 liegen. In jedem Fall wird durch die Auswertevorrichtung 10 nicht nur das Auftreten einer Abweichung vom bestimmungsgemäßen Betrieb signalisiert, sondern auch die örtliche Lage der detektier- ten Störung signalisiert, indem die Reihung der Anzeigespalten 21 , 22, ... 28 der Reihung der Körperschallaufnehmer 14 entspricht. In vereinfachter Weise visualisiert die Anzeigematrix 33 im laufenden Betrieb den Schleifspalt 14, welcher beim spitzenlosen Außenrundschleifen mit der Schleifmaschine 1 gegeben ist. Hierbei kann nicht nur die Nullpunktlage der angezeigten Kurve, welche im Idealfall ausschließlich durch die Anzeigefelder 29 verläuft und die Soll-Form des Schleifspaltes 14 anzeigt, kalibriert, sondern optional auch die Empfindlichkeit der Anzeige eingestellt werden. Bezuqszeichenliste

Schleifmaschine

Schleifscheibe

Regelscheibe

Schleifspalt

Werkstück

Werkstückstützanordnung

Auflageschiene

Führungsbacke

Werkstückdeckschiene

Auswertevorrichtung

Schwenkmechanismus

Sensoranordnung

Höhenverstellmechanismus

Körperschallaufnehmer

Detektionsstellen

Reihe an Detektionsstellen

Signalverarbeitungseinheit

Leitung

Datenverarbeitungseinheit

Anzeigevorrichtung erste Anzeigespalte zweite Anzeigespalte dritte Anzeigespalte vierte Anzeigespalte fünfte Anzeigespalte sechste Anzeigespalte siebte Anzeigespalte achte Anzeigespalte

Anzeigefelder: Übereinstimmung mit Soll-Signal

Anzeigefelder: Abweichung vom Soll-Signal nach oben

Anzeigefelder: Abweichung vom Soll-Signal nach unten 32 Einstellelement

33 Anzeigematrix

A Amplitude f Frequenz

F1 ... F8 Ist-Frequenz, gemessen

FB Frequenzbereich

FS Soll-Frequenz

KS Körperschallsignal

KSi Körperschallsignal, idealisiert

KSF Körperschallsignal (Frequenzdomäne)

KSFi Körperschallsignal, idealisiert (Frequenzdomäne)

KSFr Körperschallsignal, real (Frequenzdomäne)

SF Signalstärke

SQ Signalqualität (binär) t Zeit